上篇资源与育种的理论基础
第一章资源与性状发育机理研究的关键技术
第一节生物信息学技术
人类基因组测序的工作促进了测序技术的迅猛发展，从而使实验数据和可利用信息急剧增加。数据的管理和分析成为基因组计划的一项重要工作，而这些数据信息的管理、分析、解释和使用，促使了生物信息学的产生和发展。
目前，随着测序技术和测序手段的提升，测序价格越来越低，生物信息学在落叶果树中的应用越来越广泛。据统计，目前已有 20多种落叶果树完成了全基因组测序，基因组大小从 200多兆碱基对到十几吉碱基对，完整的基因组为科研工作者提供了大量的数据。
简单来说，生物信息学由数据库、软件、算法及编程语言四部分构成。数据库（database）：“巧妇难为无米之炊”，要做信息分析，数据库是数据材料的主要来源。软件（software）：“工欲善其事，必先利其器”，有了数据，拿什么来分析？软件。算法（algorithm）：“万丈高楼平地起”，生物信息学中的数据库和软件都是基于一定的算法来架构的。编程语言（programming language）：“磨刀不误砍柴工”，学点编程语言对生物信息分析来说是如虎添翼，有了这些计算机语言的支撑，生物信息学才算是完整的。
本节主要讲述落叶果树常用数据库、落叶果树生物信息学分析常用软件等。数据库是数据材料的主要来源，本节涉及的数据库有蔷薇科基因组数据库、苹果基因组数据库、梨基因组数据库、猕猴桃基因组数据库、樱桃基因组数据库及联合基因组研究中心数据库等常用数据库。软件是生物信息学分析的工具，本节主要介绍 BLAST、Jbrowse、Primer3、Clustal、MEGA等常用软件。
一、落叶果树常用数据库
1. 蔷薇科基因组数据库
网址：
简介：蔷薇科基因组数据库长期为蔷薇科物种提供数据存储以及数据挖掘的资源信息。其中包括新基因的添加、遗传育种数据的收集和新软件功能的添加（Jung et al.，2014）。
2. 苹果基因组数据库
网址：
简介：苹果基因组数据库使用‘金冠’苹果对其单倍体加倍进行测序，并通过新的映射技术（mapping technology）和组装技术完成苹果基因组测序。该数据库提供昀新的苹果基因组及其注释信息，以及其他的测序数据，为苹果遗传育种提供理论基础（Daccord et al.，2017）。
3. 梨基因组数据库
网址：
简介：梨基因组数据库提供了梨的基因组、大量分子标记和遗传图谱，为梨遗传育种提供了大量的数据（Wu et al.，2013）。
4. 猕猴桃基因组数据库
网址：
简介：猕猴桃基因组数据库整合了来自猕猴桃属 3个猕猴桃物种4个基因组版本的基因组数据，并开发了生物信息流程对基因进行了详尽的功能注释，整合了数十个猕猴桃物种的转录组等多组学数据，将有效促进广大科研工作者对猕猴桃现有组学数据资源的利用，辅助猕猴桃的分子育种和品种改良（Yue et al.，2020）。
5. 樱桃基因组数据库
网址：
简介：樱桃基因组数据库整合了甜樱桃的基因组及其注释信息，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）、简单重复序列（simple sequence repeat，SSR）及插入/缺失（ insertion/deletion，InDel）等分子标记，遗传图谱等相关资料，为甜樱桃遗传育种奠定了理论基础（Shirasawa et al.，2017）。
6. 联合基因组研究中心数据库
网址：
简介：联合基因组研究中心数据库整合了大量植物的基因组及其注释信息，包括多种落叶果树的基因组信息（Goodstein et al.，2012）。
此外，本课题组整理了截至目前已完成的落叶果树基因组信息。通过这些信息可以发现，随着测序技术的提升，落叶果树主要物种测序完成后，一些小众物种的测序也被提上日程，这些信息的释放将为落叶果树的深入研究提供第一手的基因组数据信息。
二、落叶果树生物信息学分析常用软件
1. BLAST
网址：
简介：BLAST（basic local alignment search tool）是一套在蛋白质数据库或 DNA数据库中进行相似性比较的分析工具。 BLAST程序能迅速与公开数据库进行相似性序列比较。BLAST结果中的得分是一种对相似性的统计说明。
BLAST采用一种局部的算法获得两个序列中具有相似性的序列。BLAST对一条或多条序列（可以是任何形式的序列）在一个或多个核酸或蛋白质数据库中进行比对。BLAST还能发现具有缺口的能比对上的序列。
2. Jbrowse
网址：
简介：Jbrowse是一种基因组浏览器，它是基于 HTML5 JavaScript等前端技术通过AJAX界面来实现的，这样大部分的工作都能通过用户的浏览器来完成，可以降低对服务器的性能要求，从而实现快速访问浏览基因组数据。
该基因组浏览器具有如下特点。
1）快速、平滑地滚动和缩放，能较快地浏览上传的基因组数据。
2）能够很容易地缩放若干吉和深覆盖度测序数据。
3）支持多种基因组学常用格式（如 gff3、BED、FASTA、Wiggle、BigWig、BAM、VCF等格式）。
4）对服务器的配置要求低，实际上 Jbrowse除了一些转换格式的工具如转换成 http文本等，并没有多少后台服务器代码。
3. Primer3
网址：
简介：在线引物设计程序。
4. Clustal
网址：
简介：Clustal是一种单机版的基于渐进比对的多序列比对工具，由 D. G.希金斯（D. G. Higgins）等开发。 Clustal先将多个序列两两比对构建距离矩阵，反映序列之间两两关系；然后根据距离矩阵计算产生系统进化指导树，对关系密切的序列进行加权；昀后从昀紧密的两条序列开始，逐步引入邻近的序列并不断重新比对，直到所有序列都被加入为止。
5. MEGA
网址：
简介：MEGA的全称是molecular evolutionary genetics analysis（分子进化遗传分析），可用于序列比对、进化树的推断、估计分子进化速度、验证进化假说等。 MEGA还可以通过数据库NCBI进行序列的比对和数据的搜索。
第二节基因组测序及重测序技术
本节简单介绍了果树基因组学的范畴与技术手段，对近年来主要落叶果树的基因组学特别是基因组组装进行了介绍；对近年来主要果树重测序的研究进展进行了介绍，特别是对重测序的全基因组策略与简化基因组策略、SNP检测方法、基因组核苷酸多态性、选择性清除分析、连锁不平衡与全基因组关联分析、栽培作物的驯化机理研究及群体重测序的方法学进行了详细阐述。
一、果树基因组学
基因组学是生物学、医学及农学领域发展昀为迅速的一门新兴学科。当前，大多数作物基因组测序已经完成。测序成本日益降低，育种家很容易获得海量的分子标记信息，以便深入了解作物如何适应过去的环境，并继续对其加以重塑或遗传改造，满足未来农业的发展需要（McCouch et al.，2013）。作物科学即将进入基因组学或后基因组学时代（贾继增等，2015），借鉴基因组学在作物育种上已经取得的成绩，可以预见基因组学将在果树科学以下4个方面取得重要进展：①加速果树种质资源核心种质构建、重要果树农艺性状基因的克隆，以及野生种质资源的开发与利用；②促进果树育种理论与育种方法的重大突破，推动果树育种基因组学的形成；③推动环境条件与栽培措施基因表达调控的机理研究，发现一批受环境因素调控的基因，促进果树栽培学研究向基因组学方向发展；④迅速提高特色果树的研究水平，减小果树间研究差距，基因组学发展将引领果树科学新的发展契机。
温馨提示：请使用泸西县图书馆的读者帐号和密码进行登录
